В большинстве существующих систем автоматизированного проектирования штампов холодной листовой штамповки отдельные функциональные модули (подпрограммы) не могут работать автономно, т.е. в отрыве от системы [1].

Развитие работ по искусственному интеллекту позволило выработать новый подход к созданию систем проектирования технологической штамповой оснастки. Он заключается в том, что наряду с формализацией процедур проектирования оснастки создается база знаний, содержащая факты (данные) о предметной области и правила, использующие эти данные как основу для принятия решений. Кроме того, подразумевается стремление к максимальной «открытости» системы, для чего в качестве языка программирования необходимо использовать язык спецификаций [2].

Систему, спроектированную таким образом, мы назовем системой автоматизированной поддержки инженерных решений (САПИР).

Основы построения САПИР

Основным назначением САПИР является обеспечение информацией лиц, участвующих в разработке и принятии конкретных решений в процессе автоматизированного проектирования, создание новых проектов технологической штамповой оснастки с использованием накопленных знаний, заложенных в системе, и знаний, имеющихся у проектировщика. При построении САПИР учитываются следующие факторы:

1. Работы, которые проводятся на базе САПИР, должны выполняться на любом этапе жизненного цикла того или иного проекта, включая непосредственно его разработку, корректировку и модификацию по полученным результатам. Соответственно, САПИР должна обеспечивать оценку и отбор вариантов решения всех видов задач. Рассматриваемые при этом условия выливаются в требование открытости САПИР по отношению к решаемым на ее базе задачам.

2. Непосредственное решение задач по выполнению проектов должно включать такие виды работ, как разработка формализованного технического задания (ФТЗ), уточнение цели создания проекта и ожидаемого эффекта; определение видов работ, необходимых для выполнения проекта в целом; отбор групп экспертов для построения системы, действующей в соответствии с ФТЗ, и непосредственной оценке характеристик рассматриваемых вариантов проекта; подготовку целостной информации для принятия решений; контроль выполнения проекта на различных уровнях детализации, обеспечивающий согласованность деятельности экспертов по результатам и срокам их получения.

3. САПИР должна обеспечивать целостное выполнение названных видов работ. Это означает, что в случае отсутствия или недостаточности имеющейся в системе информации для непосредственного выполнения проектов, должен формироваться заказ на получение/создание, а в случае невозможности его реализации – определяться рекомендации, которые необходимо ввести в состав САПИР для выполнения поставленной задачи.

На базе накапливаемой в САПИР информации, кроме выполнения оценки конкурентоспособности проектов, должно выполняться их проектирование. При этом каждому проекту будет соответствовать своя глубина детализации рассмотрения. Соответственно на каждом уровне требуется принять решения по отдельным аспектам проекта. Таким образом, одним из основных режимов работы САПИР выступает способность автономных оценок конкурентоспособности той или иной части проекта по полученному ФТЗ.

Важнейшей особенностью САПИР является не только автономная оценка различных частей проекта, но также обеспечение интеграции и согласование результатов деятельности на различных уровнях проектирования [3].

Общая схема построения САПИР/ГШ

САПИР/ГШ состоит из двух частей: системной и прикладной. Системная часть представляет собой оболочку, практически не зависимую от предметной области. В качестве системной части применяется интегрированная интеллектуальная система (ИнИС). Прикладная часть используется в процессе работы САПИР/ГШ. Она включает в себя описание накопленного опыта, современных достижений и перспектив развития в области проектирования гибочных штампов и является внешней по отношению к оболочке системы, имея возможность неограниченного расширения (Рис. 1). Прикладная часть является достаточно разнородной и содержит данные полученные как опытным путем, так и имеющиеся в справочной литературе, которые могут быть реляционными или рассчитываться математически. При этом обеспечивается возможность комплексного использования этой информации, агрегируя объекты ее разнородных составляющих в единые блоки принятия решений (БПР), адекватные той или иной конкретной практической задаче. Процессы формирования и реализации рациональных проектов не требуют значительных затрат по времени. Специалисты в области программирования не требуются, так как создание любого блока системы происходит на языке спецификаций.

С учетом сказанного, можно сформулировать следующие основные принципы построения САПИР/ГШ и предъявленные к ней требования:

• по своей концепции САПИР/ГШ является открытой экспертной системой, позволяющей использовать знания как справочной литературы, так и специалиста (эксперта) предметной области;

• выделяются два режима работ с САПИР/ГШ: формирование прикладной информации и решение конкретных задач на базе этой информации в процессе выполнения и утверждения проектов;

• накопление прикладной информации ведется поэтапно с использованием единого инструментального средства, которое ориентировано на различные специфические виды информации;

• автономное решение задач обеспечивает возможность их непроцедурной постановки (формируется «что надо получить», а не «как это получить») с анализом корректности, разъяснением ошибок, если они обнаружены, выдачей рекомендаций и т.п; кроме того, пользователям предоставляется возможность выбора из уже существующих методик (методов) решения задачи или формирование своей собственной методики.

Состав программного обеспечения САПИР/ГШ

Как было сказано выше, в качестве программной оболочки, обеспечивающей решение вышеперечисленных задач при проектировании гибочных штампов на персональных ЭВМ, применяется интегрированная интеллектуальная система ИнИС. В качестве инструментальных программных средств, поддерживающих технологию программирования с максимальным привлечением знаний и умений экспертов и пользователей, выступает интеллектуальная компьютерная среда (ИКС). ИКС поддерживает и формирует на ЭВМ понятийную модель предметной области, а также различные функциональные зависимости между отдельными свойствами объектов. Среда обеспечивает полную автоматизацию генерации программ с языка спецификаций на язык программирования Си [4]. На базе отдельных правил из сгенерированных программ составляются вычислительные модели (ВМ). Базовым средством представления знаний в ВМ являются БПР. В совокупности множество БПР представляет собой описание предметной области, которое с большей или меньшей степенью детализации охватывает данную проблему.

В качестве средства для работы с параметризованной графикой используется система автоматизированного параметрического проектирования и черчения T-FLEX CAD, которая служит для создания прототипов графических объектов, их редактирования, параметризации, сохранения и документирования. T-FLEX CAD поддерживает и использует объектно-ориентированный способ создания и использования графических баз знаний.

Объектно-ориентированный подход в проектировании гибочных штампов

В основу объектно-ориентированного подхода положено понятие объекта (и связанных с ним свойств и действий) [4], реализуемого в качестве отдельного элемента или в составе группы объектов в данном программном модуле.

Объектно-ориентированный подход на примере гибочного пуансона реализуется в следующих компонентах объекта проектирования (Рис 2):

1. Описание параметров объекта – система словарей и справочников.

Например, в САПИР/ГШ при расчете пуансона входные и выходные данные описываются следующими параметрами:

а) параметры на входе: GLl – длина левой полки от линии изгиба, мм; GLr – длина правой полки от линии изгиба, мм; Lls – длина линии гибки, мм; alfa – угол гибки детали, град;

pdh – толщина пуансонодержателя, мм (передается автоматически из расчета пуансонодержателя);

GR – радиус гибки, мм;

Cmm – длина наклонной части матрицы, мм (передается автоматически из расчета гибочной матрицы).

б) результаты расчетов: ppL – размер пуансона по оси Х, мм; ppB – размер пуансона по линии гибки, мм; ppH – высота пуансона, мм; ugl – угол гибки с учетом пружинения, мм; pdH – размер посадочной части пуансона, мм; hf – высота буртика, мм; rzapl – размер заплечика фланца пуансона, мм. 2. Отношения параметров объекта – функции:

• аналитические зависимости; параметры ррL и ppB зависят от размеров и расположения линии гибки одноугловой детали, а также непосредственно связаны с расчетом исполнительных (формоизменяющих) размеров матрицы;

• реляционные (табличные) зависимости; значение ugl связано с предварительным выбором необходимых параметров (например, значение Cmm из источника [6] или определения угла пружинения из табличных зависимостей практических данных, перед тем как его рассчитать);

• модули расчета, состоящие из одного или более одного завершенного БПР;

• диалог между пользователем и системой, например, значения hf и rzapl можно вводить перед расчетом или корректировать их значения после расчета.

3. База знаний для проектирования штампа (по типу информации) может быть текстовой (словари, справочники, таблицы, БПР и т.д.); графической (эскизы, чертежи и т.д.); в виде сценария (модули, реализующие модели расчета в задаваемой пользователем последовательности).

Проектирование гибочных штампов в САПИР/ГШ

Анализ типовых конструкций гибочных штампов и методов их проектирования позволил выделить основные задачи, которые необходимо решить в САПИР/ГШ:

• формирование входной и выходной информации;

• решение вопроса технологичности детали, для которой проектируется штамп;

• проектирование формоизменяющих деталей (матрицы и пуансона) с учетом пружинения материала;

• проектирование системы ориентации и фиксации заготовки; • выбор типоразмера блока и проектирование его основных частей; • выбор типа оборудования.

Работа в САПИР/ГШ начинается с ввода в систему информации о проектируемой детали. Входная информация оформляется в виде ФТЗ. Далее предлагается два пути решения задачи проектирования:

1) определение технологичности [7] детали с корректировкой нетехнологичных элементов (при их наличии) и перехода к проектированию гибочного штампа;

2) непосредственный переход к проектированию штампа.

Проектирование гибочного штампа начинается с выбора готового конструкторского решения, имеющегося в САПИР/ГШ. В этом случае конструктор, проводя расчеты по имеющемуся сценарию, получает новый комплект чертежей, соответствующий заданию. При отсутствии прототипа гибочного штампа конструктор имеет возможность самостоятельно сформировать структуру новой конструкции штампа из ранее созданных узлов с типовыми решениями, хранящимися в базе знаний САПИР/ГШ. Для проектирования новой конструкции штампа, принципиально отличной от существующей, необходимо создать новую графическую модель. Это можно сделать на базе уже имеющейся модели. Например, графическую модель для проектирования гибочного штампа одноугловой Г-образной гибки (Рис. 3) легко переделать в штамп для двуугловой П-образной гибки (Рис. 4), изменив соответствующие формоизменяющие элементы (матрицу и пуансон). Причем в САПИР/ГШ заложена возможность корректировки полученных результатов, если они на взгляд конструктора не удовлетворяют предъявленным требованиям.

Таким образом из всего сказанного можно сделать следующие выводы:

предложенный подход дает возможность создавать новые проекты гибочных штампов с максимальным использованием знаний конструктора, сокращает время проектирования штампа в несколько раз, позволяет оставлять систему открытой, что дает возможность повышать количество прототипов гибочных штампов.

Литература

1. Гривачевский А.Г. Автоматизация проектирования процессов технологической подготовки холодноштамповочного производства. – Кузнечно-штам-повочное производство. 1985, №8. с. 28-29.

2. Рыбаков А.В., Евдокимов С.А., Краснов А.А. Создание систем автоматизации поддержки инженерных решений.- Автоматизация проектирования. 1997, №5. с. 44-51.

3. Бродский А.Н., Падалко С.Н., Чернов А.П. Анализ и отбор проектов в комплексной системе поддержки принятия решений. – Техника, экономика. Межотраслевой научно-технический сборник. Серия: Автоматизация проектирования. 1994, №4. с. 22-29.

4. Соломенцев Ю.М., Рыбаков А.В. Компьютерная подготовка производства. – Автоматизация проектирования. 1997, №1. с. 31-35.

5. Давыдкин А.С., Рыбаков А.В., Ульянов А.М. Система автоматизированной поддержки инженерных решений при проектировании литьевых пресс-форм. – Кузнечно-штамповочное производство. 1998, №7. с. 42-48.

6. Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка. Под общ. ред. Л. И. Рудмана. М.: Машиностроение, 1988, – 496 с.

7. Давыдкин А.С., Пичугин В.И., Шавырин В.В. Автоматизация проектирования гибочных штампов. – Химическое и нефтегазовое машиностроение. 1998, №2. с.46-49.

Рис. 1. Состав САПИР/ГШ
Рис. 3. Разрез, штампа для Г-образной гибки
Рис. 4. Разрез, штампа для П-образной гибки
Рис.2. Способ формализации графических зависимостей в САПИР.ГШ